JP4833424B2 - Rotation sensor - Google Patents

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JP4833424B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
シャフトの回転角度或いは相対回転角度を非接触で検出する回転センサ、例えば、相対回転する2本のシャフトがトーションバーを介して連結された自動車のステアリングシャフトにおけるトルクを検出し、ステアリング装置の円滑な電子制御に利用する回転センサが知られている(例えば、特公平7−21433号公報参照)。この種の回転センサは、トーションバーで連結された第1のシャフトに第1のロータを、第2のシャフトに第2のロータを、それぞれ取り付けると共に、第1及び第2のロータを励磁コイルを有する固定コアの半径方向内側に回転自在に配置し、第1及び第2のシャフトの相対回転を前記励磁コイルのインダクタンスの変化によって検出し、第1のシャフトと第2のシャフトとの間に作用するトルクを検出するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記固定コアにおいては、複雑な形状でも成形が容易で、低コストで短時間に量産できることから、励磁コイルを収容するコア本体として電磁鋼板やフェライトコアに代えてプラスチックマグネットが使用されるようになってきた。
【0004】
しかし、プラスチックマグネットは、電磁鋼板やフェライトコアに比べると比透磁率が小さいため、電磁鋼板やフェライトコアを用いた固定コアに比べて形状上の制約が大きいという問題がある。
即ち、図9に示すように、固定コア1は、コア本体1aに励磁コイル1b(図10参照)のリード線を外部へ引き出すための引出孔1cを有している。このため、コア本体1aは、図10に示すように、引出孔1cを高さ方向中央に形成し、上下で対称な形状とする必要がある。これは、回転センサは、コア本体が上下で対称な形状でないと、内部に形成される磁気回路が上下対称とならず、感度(インダクタンス)の変動が大きく、回転角度等を誤検出してしまうおそれがあるからである。
【0005】
このように、固定コアのコア本体に形成される引出孔の位置が限定されると、回転センサは、設計上あるいは使用上の自由度が極端に制限されてしまうという問題がある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、コア本体にプラスチックマグネットを使用しても、リード線を引き出す引出孔の位置が制限されたり、回転角度等を誤検出するおそれがない回転センサを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記目的を達成するため、周方向に所定間隔を置いて配置される複数の非磁性導電体を有し、回転する第1のシャフトに取り付けられる第1のロータ、励磁コイルと、該励磁コイルのリード線を外部へ引き出す引出孔とを有し、前記第1のロータと半径方向に間隔を置いて固定部材に固定される固定コア、及び絶縁磁性材から筒状に成形される本体と、前記複数の非磁性導電体と対応する間隔で周方向に所定間隔を置いて該本体に配置される複数の非磁性導体層とを有し、前記第1のシャフトにトーションバーを介して連結されて相対回転する第2のシャフトに取り付けられ、前記第1のロータと半径方向に所定間隔をおいて配置される第2のロータを備え、前記第1及び第2のロータの相対回転による前記励磁コイルのインダクタンス変動に基づいて、前記両シャフトの回転角度或いは相対回転角度を非接触で検出する回転センサにおいて、前記固定コアは、コア本体がプラスチックマグネットから成形されると共に、リング状のコア本体の内部の内周面にコイルを収容するための凹溝が形成され、さらにコア本体の内部上面または下面に周方向に沿って溝が形成されている構成としたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転センサに係る一実施形態として、例えば、自動車において変換ジョイント(トーションバー)を介して主動シャフトから従動シャフトへ伝達されるステアリングシャフトのトルクを検出する回転センサを図1乃至図8に基づいて説明する。
【0008】
回転センサ10は、図1及び図2に示すように、第1ロータ11、固定コア12及び第2ロータ13を備えている。ここで、ステアリングシャフト5は、ハンドル側の主動シャフト5aがトーションバー5bを介して車輪側の従動シャフト5cと連結され、主動シャフト5aは、従動シャフト5cに対して所定角度範囲内で相対回転する。
【0009】
第1ロータ11は、主動シャフト5aの軸線方向所定位置に取り付けられ、図1及び図2に示すように、フランジ11aと、第1ロータ11と固定コア12との間に配置される4枚の羽板11bとを有している。各羽板11bは、交流磁界の遮蔽性を有するアルミニウム,銅等の非磁性金属によって製造され、フランジ11aに所定の中心角、例えば中心角45°の間隔で周方向に均等に配置して下方に向かって形成されている。
【0010】
固定コア12は、第1ロータ11の外側に本体11aとの間に半径方向に数mm程度の僅かなギャップをおいて配置され、ステアリングシャフト5の近傍に位置する固定部材(図示せず)に固定される。固定コア12は、図1及び図2に示すように、第2ロータ13と同一のプラスチックマグネットから成形されるコア本体12aと、コア本体12aに周方向に形成される凹溝内に収容される励磁コイル12hとを有している。
【0011】
コア本体12aは、図3(a)〜(c)に示すように、上半体12bと下半体12cとによってリング状に成形されている。上半体12bは、図3(b)に示すように、断面形状が逆L字型に成形されている。下半体12cは、周方向の4ヶ所に凹部12dが等間隔に形成され、図3(a)に示すように、導出窓部12iが形成されると共に、図3(b),(c)に示すように、上面には周方向に沿って溝12eが設けられている。
【0012】
凹部12dは、上半体12bと下半体12cとを接合したときに、励磁コイル12hのリード線12fを外部へ引き出すための引出孔となる。溝12eは、コア本体12a内を流れる磁束を遮蔽するために設ける。このため、溝12eは、図4に示すように、幅をW、深さをt、励磁コイル12hを収容する部分の高さをH、導出窓部12iの高さをLとしたとき、幅WはL/2<W<H、深さtはH/10<t<H/2、の範囲にあることが好ましい。
【0013】
また、溝12eは、上半体12bの下面と下半体12cの上面のうち、導出窓部12iに近い方の面に設けることが好ましい。
更に、リード線12fは、凹部12dに設けた端子板12g(図3(b)参照)によって回転センサ10を使用中の振動等に起因する断線から保護されている。励磁コイル12hは、凹部12dから外部へ延出させた電線(図示せず)によって図示しない信号処理回路と接続され、この信号処理回路から交流電流が流されている。ここで、励磁コイル12hは、ボビンに電線を巻回したものを使用することもある。
【0014】
第2ロータ13は、従動シャフト5cの軸線方向所定位置に取り付けられ、図2に示すように、本体13aに銅片13bが中心角45°間隔で周方向に交互に設けられている。本体13aは、従動シャフト5cに取り付けられるフランジ13cが下部に設けられ、絶縁磁性材から筒状に成形されている。本体13aは、ナイロン,ポリプロピレン(PP),ポリフェニレンスルフィド(PPS),ABS樹脂等の電気絶縁性を有する熱可塑性合成樹脂に、Mg−Zn系、Ni−Zn系やMn−Zn系のフェライトからなる軟磁性材粉を10〜70体積%で混合したプラスチックマグネットが用いられている。ここで、第2ロータ13は、前記プラスチックマグネットによって円筒状に成形した本体13aの外周に非磁性導電体を周方向に所定の中心角の間隔で設けたり、前記本体13aの内部に埋め込んでもよい。
【0015】
以上のように構成される回転センサ10は、第1ロータ11を主動シャフト5aに、第2ロータ13を従動シャフト5cに、それぞれ取り付けると共に、固定コア12を前記固定部材に固定してステアリング装置に組み付けられる。
組み立てられた回転センサ10においては、励磁コイル12hを流れる交流電流による磁束が、図5(a)に示すように、コア本体12aと第1ロータ11のプラスチックマグネットからなる本体13aとを結ぶ磁気回路CMGに沿って流れる。これにより、第1ロータ11の非磁性金属からなる複数の羽板11bを交流磁界が横切るため、銅片13b内に渦電流が誘起される。このとき、渦電流によって誘起される交流磁界の方向は、励磁コイル12hを流れる交流電流による交流磁界の方向と逆になる。結果として、羽板11bが存在するコア本体12aと第2ロータ13との間のギャップ部分に生ずる励磁コイル12hの交流励磁電流による磁束と上記渦電流による磁束の方向とが逆になるため、トータルの磁束密度が小さくなる。この反対に、羽板11bが存在しない上記ギャップの部分では、励磁コイル12hの交流励磁電流による磁束と上記渦電流による磁束の方向とが同じになるため、トータルの磁束密度が大きくなる。即ち、コア本体12aと第2ロータ13との間のギャップ部分に不均一磁界が形成される。
【0016】
従って、第1ロータ11が第2ロータ13に対して相対回転すると、第1ロータ11の羽板11bが上記不均一磁界を横切り、羽板11bが横切るトータルの磁束の量が変化するので、銅片13bに生ずる渦電流の大きさが変化する。このため、回転センサ10においては、励磁コイル12hのインピーダンスは第1ロータ11と第2ロータ13との相対回転角度によって変動する。
【0017】
回転センサ10は、励磁コイル12hのインピーダンス変動をパルス信号の位相シフト量の検出によって測定し、これに基づいて第1ロータ11と第2ロータ13との相対回転角度、従ってトルクを検出する。
ここで、回転センサ10は、固定コア12の内部、即ち、コア本体12aを構成する下半体12cの上面に周方向に沿って溝12eが形成されていない図10に示す構造の固定コア1を用いた場合、励磁コイル12hを流れる交流電流による磁束は、図5(b)に示すように、磁気回路CMGに沿って流れる他に、内側を短絡して流れる磁束が生じ、磁気回路CMGが上下方向に対称とならない。更に、導出窓部12iが中央部より上下方向にずらして配置されると、磁気回路CMGは、顕著に上下方向に対称とはならなくなる。
【0018】
これに対し、本発明の回転センサ10は、固定コア12の内部、即ち、コア本体12aを構成する下半体12cの上面に周方向に沿って溝12eが形成されている。このため、回転センサ10は、励磁コイル12hを流れる交流電流による磁束が、透磁率の低い溝12e側を流れることがないため、図5(a)に示すように、コア本体12aと第1ロータ11のプラスチックマグネットからなる本体13aとを結ぶ磁気回路CMGに沿って流れ、上下方向に対称な磁気回路CMGが形成される。
【0019】
この結果、回転センサ10は、下半体12cに形成した凹部12dのために、コア本体12aが上下で対称な形状でなくても、磁気回路CMGが上下対称となるので、相対回転角度、従ってトルクを正しく検出することができる。
ここで、溝12eの幅W=2mm、深さt=1mm、励磁コイル12hを収容する部分の高さH=3mmの回転センサ10と、幅W=1mm、溝12eの深さt=0.5mm、励磁コイル12hを収容する部分の高さH=3mmの回転センサ10を用い、トルクが0となるように第1ロータ11と第2ロータ13の相対角度を0°に設定し、第1及び第2ロータ11,13を固定コア12に対して1回転させ、回転角度(°)とトルクとの関係を測定した。その結果を図6(a),(b)に示す。比較のため、溝12eを有しない回転センサ10と、溝12eを有さず、図9及び図10に示すように、引出孔1cが高さ方向中央に形成され、上半体と下半体とが上下対称な固定コア1を用いたことを除き構成が同一の回転センサ10を用い、同様にして回転角度(°)とトルクとの関係を測定した。その結果を図6(c),(d)に示す。
【0020】
図6(a),(b)と図6(c),(d)とに示された結果の対比から明らかなように、固定コア12の内部に周方向に沿って溝12eを形成すると、回転センサ10は、回転角度(°)の変化に伴うトルクの変動が小さく、溝12eの幅W及び深さtが大きい方がトルクの変化が安定し、正しいトルクを検出することができることが分かる。
【0021】
ここで、本発明の回転センサは、固定コアの内部に周方向に沿って溝が形成されていれば、図7に示す回転センサ20のように、固定コア12が上下2段に配置され、環境温度の変動,電磁ノイズ,前記発振回路における発振周波数の変動,電源電圧あるいは組付け誤差等の外乱があっても検出精度の変動が少なく、トルクを正確に検出できるダブルコアタイプのものでもよい。この場合、回転センサ20は、回転センサ10と同様に、固定コア12と第2ロータ13との間に第1ロータ11を配置する。
【0022】
また、図8に示す回転センサ25のように、固定コア26のコア本体26aを上部材26b、中間板26c及び下部材26dで構成し、回転センサ10の下半体12cと同様に、中間板26cに、周方向に沿った複数箇所に凹部26eを等間隔で形成し、上下の面に周方向に沿って溝26fを設けてもよい。この場合、回転センサ25は、固定コア26の励磁コイル26gから延出するリード線26hを凹部26eに設けた端子板26jで保護する。
【0023】
尚、上記実施形態はトルクを検出する回転センサの場合について説明したが、回転角度を検出することも可能である。
また、本発明の回転センサは、上記実施形態で説明した自動車のステアリングシャフトの他、例えば、ロボットアームのように、互いに回転する回転軸間の相対回転角度,回転角度,トルクを求めるものであれば、どのようなものにも使用できる。
【0024】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、固定コアのコア本体にプラスチックマグネットを使用しても、リード線を引き出す引出孔の位置が制限されたり、誤検出のおそれがない回転センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回転センサの断面正面図である。
【図2】図1の回転センサのC1−C1線に沿った断面図である。
【図3】図1の回転センサで用いられる固定コアの正面図(a)、左半断面図(b)および下半体の平面図(c)である。
【図4】図3に示す固定コアに形成される溝の形状について説明する断面図である。
【図5】固定コアに形成される溝がある場合(a)とない場合(b)とにおける磁気回路を示す回転センサの左半断面図である。
【図6】固定コアに形成される溝がある場合(a),(b)とない場合(c),(d)とにおける回転センサで測定される回転角度とトルクの関係を示すトルク変化図である。
【図7】本発明の回転センサの他の実施形態を示す左半断面図である。
【図8】本発明の回転センサの更に他の実施形態を示す左半断面図である。
【図9】従来の回転センサで用いられている固定コアの正面図である。
【図10】図9の固定コアの左半断面図である。
【符号の説明】
10 回転センサ
11 第1ロータ
11a フランジ
11b 羽板
12 固定コア
12a コア本体
12b 上半体
12c 下半体
12d 凹部(引出孔)
12e 溝
12f リード線
12h 励磁コイル
12i 導出窓部
13 第2ロータ
13a 本体
13b 銅片
20 回転センサ
25 回転センサ
26 固定コア
26a コア本体
26b 上部材
26c 中間板
26d 下部材
26e 凹部
26f 溝
26g 励磁コイル
26h リード線
26j 端子板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation sensor.
[0002]
[Prior art]
A rotation sensor that detects the rotation angle or relative rotation angle of a shaft in a non-contact manner, for example, detects torque in a steering shaft of an automobile in which two shafts that rotate relative to each other are connected via a torsion bar. A rotation sensor used for electronic control is known (for example, see Japanese Patent Publication No. 7-21433). In this type of rotation sensor, a first rotor is attached to a first shaft connected by a torsion bar, a second rotor is attached to a second shaft, and an excitation coil is attached to the first and second rotors. The fixed core is rotatably arranged inside in the radial direction, the relative rotation of the first and second shafts is detected by a change in inductance of the exciting coil, and acts between the first shaft and the second shaft. The torque to be detected is detected.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the fixed core is easy to mold even in a complicated shape, and can be mass-produced in a short time at low cost. Therefore, a plastic magnet is used instead of an electromagnetic steel plate or a ferrite core as a core body for accommodating an exciting coil. It has become.
[0004]
However, since the relative permeability of the plastic magnet is smaller than that of the electromagnetic steel plate or ferrite core, there is a problem that the shape restriction is larger than that of the fixed core using the electromagnetic steel plate or ferrite core.
That is, as shown in FIG. 9, the fixed core 1 has a lead hole 1c for drawing out the lead wire of the exciting coil 1b (see FIG. 10) to the core body 1a. For this reason, as shown in FIG. 10, the core body 1 a needs to have a lead hole 1 c formed at the center in the height direction and have a vertically symmetrical shape. In the rotation sensor, unless the core body is vertically symmetrical, the magnetic circuit formed therein is not vertically symmetrical, the sensitivity (inductance) fluctuates greatly, and the rotation angle is erroneously detected. Because there is a fear.
[0005]
Thus, if the position of the lead-out hole formed in the core body of the fixed core is limited, the rotation sensor has a problem that the degree of freedom in design or use is extremely limited.
The present invention has been made in view of the above points, and even if a plastic magnet is used for the core body, the position of the lead-out hole for drawing out the lead wire is not limited, and there is no possibility of erroneously detecting the rotation angle or the like. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object in the present invention, a first rotor having a plurality of nonmagnetic conductors arranged at predetermined intervals in the circumferential direction and attached to a rotating first shaft, an excitation coil, The exciting coil has a lead-out hole for leading the lead wire to the outside, and is formed into a cylindrical shape from the first rotor and a fixed core that is fixed to a fixing member at a radial interval, and an insulating magnetic material A main body, and a plurality of nonmagnetic conductor layers disposed on the main body at predetermined intervals in the circumferential direction at intervals corresponding to the plurality of nonmagnetic conductors, and the first shaft via a torsion bar And a second rotor that is connected to a second shaft that rotates relative to the first shaft and is disposed at a predetermined distance in the radial direction from the first rotor, and the relative rotation of the first and second rotors. The excitation coil Based on the inductance change, in the rotation sensor for detecting a rotational angle or the relative angle of rotation of the two shafts in a non-contact, said fixed core, with the core body is molded from plastic magnet, the inside of the ring-shaped core body A concave groove for accommodating the coil is formed on the inner peripheral surface, and a groove is formed along the circumferential direction on the inner upper surface or the lower surface of the core body .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, as an embodiment of the rotation sensor according to the present invention, for example, a rotation sensor for detecting torque of a steering shaft transmitted from a main shaft to a driven shaft via a conversion joint (torsion bar) in an automobile is shown in FIGS. 8 will be described.
[0008]
As shown in FIGS. 1 and 2, the rotation sensor 10 includes a first rotor 11, a fixed core 12, and a second rotor 13. Here, the steering shaft 5 is connected to a wheel-side driven shaft 5c via a torsion bar 5b at a handle-side main driving shaft 5a, and the main driving shaft 5a rotates relative to the driven shaft 5c within a predetermined angle range. .
[0009]
The first rotor 11 is attached to a predetermined position in the axial direction of the main drive shaft 5a, and as shown in FIGS. 1 and 2, four sheets disposed between the flange 11a and the first rotor 11 and the fixed core 12. And a slat 11b. Each wing plate 11b is made of a nonmagnetic metal such as aluminum or copper having a shielding property against an alternating magnetic field, and is arranged on the flange 11a evenly in the circumferential direction at a predetermined central angle, for example, at a central angle of 45 °. It is formed toward.
[0010]
The fixed core 12 is arranged on the outer side of the first rotor 11 with a slight gap of about several millimeters in the radial direction between the main body 11a and a fixed member (not shown) located in the vicinity of the steering shaft 5. Fixed. As shown in FIGS. 1 and 2, the fixed core 12 is accommodated in a core body 12 a formed from the same plastic magnet as the second rotor 13, and a concave groove formed in the core body 12 a in the circumferential direction. And an exciting coil 12h.
[0011]
As shown in FIGS. 3A to 3C, the core body 12a is formed into a ring shape by an upper half body 12b and a lower half body 12c. As shown in FIG. 3B, the upper half body 12b has a cross-sectional shape formed in an inverted L shape. The lower half 12c has recesses 12d formed at equal intervals at four locations in the circumferential direction, and as shown in FIG. 3A, lead-out window portions 12i are formed, and FIGS. As shown in FIG. 3, a groove 12e is provided on the upper surface along the circumferential direction.
[0012]
The recess 12d serves as a lead-out hole for drawing out the lead wire 12f of the exciting coil 12h to the outside when the upper half body 12b and the lower half body 12c are joined. The groove 12e is provided to shield the magnetic flux flowing in the core body 12a. For this reason, as shown in FIG. 4, when the width is W, the depth is t, the height of the portion that accommodates the exciting coil 12h is H, and the height of the lead-out window portion 12i is L, as shown in FIG. W is preferably in the range of L / 2 <W <H, and the depth t is in the range of H / 10 <t <H / 2.
[0013]
Moreover, it is preferable to provide the groove | channel 12e in the surface near the derivation | leading-out window part 12i among the lower surface of the upper half body 12b, and the upper surface of the lower half body 12c.
Furthermore, the lead wire 12f is protected from disconnection due to vibration or the like during use of the rotation sensor 10 by a terminal plate 12g (see FIG. 3B) provided in the recess 12d. The exciting coil 12h is connected to a signal processing circuit (not shown) by an electric wire (not shown) extending from the recess 12d to the outside, and an alternating current is passed from the signal processing circuit. Here, as the exciting coil 12h, a bobbin in which an electric wire is wound may be used.
[0014]
The second rotor 13 is attached at a predetermined position in the axial direction of the driven shaft 5c, and as shown in FIG. 2, copper pieces 13b are alternately provided in the circumferential direction at intervals of 45 ° on the main body 13a. The main body 13a is provided with a flange 13c attached to the driven shaft 5c at the lower portion, and is formed into a cylindrical shape from an insulating magnetic material. The body 13a is made of a thermoplastic synthetic resin having electrical insulation properties such as nylon, polypropylene (PP), polyphenylene sulfide (PPS), ABS resin, etc., and Mg—Zn, Ni—Zn, or Mn—Zn ferrite. A plastic magnet in which soft magnetic material powder is mixed at 10 to 70% by volume is used. Here, the second rotor 13 may be provided with a nonmagnetic conductor on the outer periphery of the main body 13a formed into a cylindrical shape by the plastic magnet at intervals of a predetermined central angle in the circumferential direction, or may be embedded in the main body 13a. .
[0015]
In the rotation sensor 10 configured as described above, the first rotor 11 is attached to the main driving shaft 5a, the second rotor 13 is attached to the driven shaft 5c, and the fixed core 12 is fixed to the fixing member to be used in the steering device. Assembled.
In the assembled rotation sensor 10, the magnetic circuit that connects the core main body 12 a and the main body 13 a made of the plastic magnet of the first rotor 11, as shown in FIG. Flows along the CMG. As a result, the AC magnetic field crosses the plurality of blades 11b made of the nonmagnetic metal of the first rotor 11, so that an eddy current is induced in the copper piece 13b. At this time, the direction of the AC magnetic field induced by the eddy current is opposite to the direction of the AC magnetic field generated by the AC current flowing through the exciting coil 12h. As a result, the direction of the magnetic flux generated by the AC exciting current of the exciting coil 12h generated in the gap portion between the core body 12a where the wing plate 11b exists and the second rotor 13 is opposite to the direction of the magnetic flux generated by the eddy current. The magnetic flux density becomes smaller. On the contrary, in the gap portion where the wing plate 11b does not exist, the direction of the magnetic flux due to the AC exciting current of the exciting coil 12h and the direction of the magnetic flux due to the eddy current are the same, so the total magnetic flux density is increased. That is, a non-uniform magnetic field is formed in the gap portion between the core body 12 a and the second rotor 13.
[0016]
Therefore, when the first rotor 11 rotates relative to the second rotor 13, the wing plate 11b of the first rotor 11 crosses the non-uniform magnetic field, and the total amount of magnetic flux crossed by the wing plate 11b changes. The magnitude of the eddy current generated in the piece 13b changes. For this reason, in the rotation sensor 10, the impedance of the excitation coil 12 h varies depending on the relative rotation angle between the first rotor 11 and the second rotor 13.
[0017]
The rotation sensor 10 measures the impedance fluctuation of the exciting coil 12h by detecting the phase shift amount of the pulse signal, and based on this, detects the relative rotation angle between the first rotor 11 and the second rotor 13, and thus the torque.
Here, the rotation sensor 10 includes the fixed core 1 having a structure shown in FIG. 10 in which the groove 12e is not formed along the circumferential direction inside the fixed core 12, that is, the upper surface of the lower half 12c constituting the core body 12a. As shown in FIG. 5 (b), the magnetic flux generated by the alternating current flowing through the exciting coil 12h flows along the magnetic circuit CMG. It is not symmetrical in the vertical direction. Further, when the lead-out window portion 12i is arranged so as to be shifted in the vertical direction from the center portion, the magnetic circuit CMG is not significantly symmetrical in the vertical direction.
[0018]
On the other hand, in the rotation sensor 10 of the present invention, a groove 12e is formed along the circumferential direction in the fixed core 12, that is, on the upper surface of the lower half 12c constituting the core body 12a. For this reason, in the rotation sensor 10, since the magnetic flux due to the alternating current flowing through the exciting coil 12h does not flow on the groove 12e side having a low permeability, as shown in FIG. 5A, the core body 12a and the first rotor A magnetic circuit CMG that flows along the magnetic circuit CMG connecting the main body 13a made of 11 plastic magnets and is symmetrical in the vertical direction is formed.
[0019]
As a result, in the rotation sensor 10, the magnetic circuit CMG is vertically symmetric even if the core body 12a is not vertically symmetric due to the recess 12d formed in the lower half 12c. Torque can be detected correctly.
Here, the rotation sensor 10 having the width W = 2 mm and the depth t = 1 mm of the groove 12e and the height H = 3 mm of the portion that accommodates the exciting coil 12h, the width W = 1 mm, and the depth t = 0 of the groove 12e. Using the rotation sensor 10 of 5 mm and the height H = 3 mm of the part that accommodates the exciting coil 12h, the relative angle between the first rotor 11 and the second rotor 13 is set to 0 ° so that the torque becomes zero, and the first And the 2nd rotors 11 and 13 were rotated 1 time with respect to the fixed core 12, and the relationship between a rotation angle (degree) and a torque was measured. The results are shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). For comparison, the rotation sensor 10 not having the groove 12e and the groove 12e are not provided, and as shown in FIGS. 9 and 10, the extraction hole 1c is formed at the center in the height direction, and the upper half body and the lower half body are formed. The rotation sensor 10 having the same configuration except that the fixed core 1 is vertically symmetrical is used, and the relationship between the rotation angle (°) and the torque is measured in the same manner. The results are shown in FIGS. 6 (c) and (d).
[0020]
As is clear from the comparison of the results shown in FIGS. 6A and 6B and FIGS. 6C and 6D, when the groove 12e is formed in the fixed core 12 along the circumferential direction, It can be seen that the rotation sensor 10 has a smaller torque variation due to a change in the rotation angle (°), and the larger the width W and the depth t of the groove 12e, the more stable the change in the torque and the correct torque can be detected. .
[0021]
Here, in the rotation sensor of the present invention, if a groove is formed along the circumferential direction inside the fixed core, the fixed core 12 is arranged in two upper and lower stages like the rotation sensor 20 shown in FIG. Even if there is a disturbance such as environmental temperature fluctuation, electromagnetic noise, oscillation frequency fluctuation in the oscillation circuit, power supply voltage or assembly error, the detection accuracy fluctuation is small, and a double core type that can accurately detect torque may be used. In this case, the rotation sensor 20 arranges the first rotor 11 between the fixed core 12 and the second rotor 13 in the same manner as the rotation sensor 10.
[0022]
Further, like the rotation sensor 25 shown in FIG. 8, the core body 26a of the fixed core 26 is constituted by an upper member 26b, an intermediate plate 26c, and a lower member 26d, and the intermediate plate is similar to the lower half body 12c of the rotation sensor 10. The recesses 26e may be formed at a plurality of locations along the circumferential direction at 26c in the circumferential direction, and grooves 26f may be provided on the upper and lower surfaces along the circumferential direction. In this case, the rotation sensor 25 protects the lead wire 26h extending from the exciting coil 26g of the fixed core 26 with the terminal plate 26j provided in the recess 26e.
[0023]
Although the above embodiment has been described with respect to the case of the rotation sensor that detects torque, the rotation angle can also be detected.
In addition to the automobile steering shaft described in the above embodiment, the rotation sensor according to the present invention is for obtaining a relative rotation angle, rotation angle, and torque between rotating shafts rotating with each other, such as a robot arm. Anything can be used.
[0024]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a rotation sensor in which even if a plastic magnet is used for the core body of the fixed core, the position of the lead-out hole through which the lead wire is drawn out is not limited and there is no possibility of erroneous detection. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional front view of a rotation sensor of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line C1-C1 of the rotation sensor of FIG.
3 is a front view (a), a left half sectional view (b), and a plan view (c) of a lower half of a fixed core used in the rotation sensor of FIG. 1. FIG.
4 is a cross-sectional view illustrating the shape of a groove formed in the fixed core shown in FIG.
FIG. 5 is a left half sectional view of a rotation sensor showing a magnetic circuit when a groove formed in the fixed core is present (a) and when there is no groove (b).
FIG. 6 is a torque change diagram showing the relationship between the rotation angle measured by the rotation sensor and the torque when there is a groove formed in the fixed core (a), (b) and when there is no groove (c), (d). It is.
FIG. 7 is a left half sectional view showing another embodiment of the rotation sensor of the present invention.
FIG. 8 is a left half sectional view showing still another embodiment of the rotation sensor of the present invention.
FIG. 9 is a front view of a fixed core used in a conventional rotation sensor.
10 is a left half sectional view of the fixed core of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotation sensor 11 1st rotor 11a Flange 11b Blade 12 Fixed core 12a Core main body 12b Upper half body 12c Lower half body 12d Recessed part (drawing hole)
12e groove 12f lead wire 12h exciting coil 12i lead-out window portion 13 second rotor 13a body 13b copper piece 20 rotation sensor 25 rotation sensor 26 fixed core 26a core body 26b upper member 26c intermediate plate 26d lower member 26e recess 26f groove 26g excitation coil 26h Lead wire 26j Terminal board

Claims (1)

周方向に所定間隔を置いて配置される複数の非磁性導電体を有し、回転する第1のシャフトに取り付けられる第1のロータ、
励磁コイルと、該励磁コイルのリード線を外部へ引き出す引出孔とを有し、前記第1のロータと半径方向に間隔を置いて固定部材に固定される固定コア、及び絶縁磁性材から筒状に成形される本体と、前記複数の非磁性導電体と対応する間隔で周方向に所定間隔を置いて該本体に配置される複数の非磁性導体層とを有し、前記第1のシャフトにトーションバーを介して連結されて相対回転する第2のシャフトに取り付けられ、前記第1のロータと半径方向に所定間隔をおいて配置される第2のロータを備え、
前記第1及び第2のロータの相対回転による前記励磁コイルのインダクタンス変動に基づいて、前記両シャフトの回転角度或いは相対回転角度を非接触で検出する回転センサにおいて、
前記固定コアは、コア本体がプラスチックマグネットから成形されると共に、リング状のコア本体の内部の内周面にコイルを収容するための凹溝が形成され、さらにコア本体の内部上面または下面に周方向に沿って溝が形成されていることを特徴とする回転センサ。
A first rotor having a plurality of nonmagnetic conductors arranged at predetermined intervals in the circumferential direction and attached to a rotating first shaft;
An exciting coil, a lead core that leads out the lead wire of the exciting coil to the outside, a fixed core that is fixed to the fixing member at a radial interval from the first rotor, and a cylindrical shape from an insulating magnetic material A plurality of nonmagnetic conductor layers disposed on the main body at predetermined intervals in the circumferential direction at intervals corresponding to the plurality of nonmagnetic conductors, and the first shaft includes A second rotor connected via a torsion bar and attached to a second shaft that rotates relative to the first shaft, and disposed at a predetermined interval in the radial direction from the first rotor;
In the rotation sensor that detects the rotation angle or the relative rotation angle of the two shafts in a non-contact manner based on the inductance fluctuation of the exciting coil due to the relative rotation of the first and second rotors,
In the fixed core, the core body is formed of a plastic magnet, and a concave groove for accommodating a coil is formed in the inner peripheral surface of the ring-shaped core body. A rotation sensor characterized in that a groove is formed along the direction .
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